机械制造自动化技术及工程应用讲稿2.pptx

机械制造自动化技术及工程应用 第 二 讲制造自动化系统的体系结构与建模方法制造系统的新发展制造系统的新内涵：“大制造概念”制造系统的新模式：“FMS?CIMS ?敏捷制造?智能制造”制造系统的新结构：“Internet-Intranet-Infranet”三网集成结构（图）（图）现代制造系统的典型特征：分散化、集成化、智能化图制造系统的模式发展趋势设备、技术管理、市场组织、人员图制造系统三网集成结构制造系统对控制系统的新要求? 现代制造系统呼唤新一代控制系统? 敏捷制造对制造过程控制系统提出了新的挑战? 目前缺乏从系统的高度，特别是对网络化制造环境下的控制系统理论和方法的系统化研究敏捷制造对控制系统的要求 ·分散性·自治性·网络化 ·可塑性·标准化 ·可移植性 ·可伸缩性 ·可互操作性现有控制系统存在的问题FMS·采用递阶控制结构，导致系统结构复杂·灵活性、开放性、集成性差·单项技术及系统性能有待提高 DCS·开放性、互操作性差·一对一结构·抗干扰性差 ·失控状态现有控制系统的技术瓶颈（1）系统控制结构（2）信息的综合管理（3）信息的实时处理（4）生产过程及现场设备的远程访问与控制新一代控制系统的内涵 新一代控制系统NCS (New Control System)不仅应包括数据采集和处理、基本过程控制，而且应包括先进的生产管理、调度、优化、诊断及高级控制等。基本内涵： —柔性化、扁平化的体系结构； —全分散式动态结构； —系统的实时控制能力； —现场自治能力； —现场设备的互操作性； —系统智能化。新一代控制系统的研究前沿*总体技术与集成支撑技术的研究*通用智能检测控制前端的研究*先进控制策略的研究*面向生产目标的建模与优化集成控制技术的研究*智能监控与故障诊断技术的研究*综合管理技术的研究NCS的体系结构与建模研究*制造自动化系统的体系结构研究*NCS体系结构研究*NCS集成机制*NCS生产过程建模研究CIMS的几种建模方法CIMS建模方法是研究CIMS的特征和特性并对它们进行抽象描述的技术。CIMS是一个复杂大系统，包含多个视图，有多种不同的建模方法用来建立不同视图的模型。功能建模方法 用于描述系统的功能组成及其各组成部分间的关系。IDEE0方法应用最广泛。 IDEF0的基本思想是结构化分析方法。它是由SADT（结构化分析和设计技术）发展而来。IDEF0能同时表达系统的活动和数据流以及它们之间的关系。对新的系统来说，IDEF0能描述新系统的功能及需求，进而表达一个能符合需求及能完成功能的实现。 功能建模方法 IDEF0采用递阶建模，用严格的自顶向下逐层分解的方式来构造模型。模型由一系列IDEF0图组成。 掌握IDEF0建模方法最困难的就是如何在模型的不同层次间保持一致。IDEF0在功能活动间并不强调时序的限制，也不包含时间逻辑上的信息，使分析更带有普遍性。 IDEF0的缺点是无法表达一个过程的详细信息。信息建模方法信息建模是构造一个能满足系统信息需求的信息模型。它描述系统信息的结构及信息间的相互关系。最早的信息建模方法是用于数据库设计的E-R技术。在IDEF系列方法中，相应的为IDEF1及其扩展的IDEF1x方法。 信息建模方法IDEF1x是一种数据建模方法，而IDEF1是一种定义系统信息需求的分析和交流工具。IDEF1主要与建立系统应管理哪些信息的需求有关，因此它更偏向于作为一种分析方法被应用。一旦确定了系统信息需求，IDEF1x就可以作为一种好的设计方法用来设计逻辑数据库。信息建模方法 IDEF1x模型定义了系统中的数据类和数据类之间的联系。它的基本结构是：包含数据的有关事物，用盒子表示；事物之间的联系用联结箱子的连线表示；事物的特征用盒子的属性名表示。对应地，IDEF1x模型成分包括：实体、联系、属性/关键字。动态建模方法动态建模是从系统随时间变化的动态特性的角度来建立模型的。通常动态建模总是和仿真联系在一起。动态模型的建立方法很大程度上依赖于所建模型的系统的复杂程度。虽然，用数学形式表达系统的动态行为可以简明而真实地描述系统的动态特性。但是并非所有系统都能得到它的数学方程。 动态建模方法在复杂系统领域，尤其在CIM企业建模领域，几乎是无法建立其数学表达形式的。这时，通常的做法是建立它的Petri网模型或基于离散事件仿真的动态模型。 Petri网建模方法 Petri网是德国的Carl Adan Petri博士在1960年提出的、研究信息系统及其相互关系的数学模型。Petri网理论经过40多年来的发展，已经成为具有严密的数学基础多种通用层次的通用网论，并且在自动控制及计算机领域得到广泛的应用。Petri网建模方法Petri网按网的抽象方式可分为普通Petri网（Ordinery Petri Net，简称PN）、高级P